专利名称：颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置的制作方法
技术领域：
颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置技术领域[0001]本实用新型属于气固两相流测量技术领域，具体涉及一种气固两相流颗粒平均 速度的线性静电传感器阵列测量装置。
背景技术：
[0002]气固两相流系统广泛存在于能源、化工、电力及冶金等工业领域。颗粒速度是 描述气固两相流动系统的一个重要参数，颗粒速度测量对于了解气固流动特性以及生产 过程的计量、节能与控制具有重要意义。气固流动系统中颗粒与颗粒、颗粒与气体及颗 粒与管壁的相互碰撞、摩擦及分离，导致颗粒产生荷电现象。近些年来，人们利用颗粒 荷电研究开发了静电相关法颗粒速度测速仪，其在重复性、可靠性和低成本等方面均优 于电容、光学等其他互相关测速装置。但静电相关法速度测量时，渡越时间统计误差与 传感器输出信号频带宽度的三次方成反比，低速测量时，静电传感器输出信号频带范围 较窄，因此导致低速测量相关速度测量渡越时间估计误差较大，速度测量准确度降低。 由于静电传感器的敏感电极具有一定的几何形状和尺寸，用静电传感器的“敏感窗口 “检测流体的流动状况时，敏感电极对静电流噪声将以特定空间权函数进行加权平均。基于单环静电传感器的空间滤波效应的颗粒速度测量方法具有结构简单、硬件成本低、 适合于恶劣的工业现场环境等特点。但单个环状静电传感器输出信号频带范围较宽，降 低了空间滤波器的空间选择性，在功率谱特性曲线上，表现为各点离散程度较大，波峰 不明显，信噪比较低，影响了速度测量的准确性。实用新型内容[0003]为了克服现有静电相关法和单环静电感应空间滤波法速度测量的不足，本实用 新型提出了一种颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置，本实用新型能够提高静电感 应空间滤波器的选择性，降低速度信号中心频率测量的不确定性，提高了颗粒速度测量 的准确性。[0004]本实用新型采用如下技术方案[0005]一种颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置，包括测量探头、前置电荷差 分放大电路、数据采集卡及计算机，前置电荷差分放大电路的输出端与数据采集卡输入 端连接，数据采集卡的输出端与计算机的输入端连接并由计算机对数据采集卡的输出信 号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得气固两相流颗粒平均速度，所 述测量探头包括绝缘测量管道，在绝缘测量管道上设有的第一静电传感器阵列及第二 静电传感器阵列，在绝缘测量管道、第一静电传感器阵列及第二静电传感器阵列外部设 有金属屏蔽罩。[0006]所述第一静电传感器阵列至少包括第11环形静电传感器、第12环形静电传感 器、第13环形静电传感器、第14环形静电传感器、第15环形静电传感器，并且第一静 电传感器阵列中相邻的环形静电传感器之间的轴向间距ρ相等，第一静电传感器阵列中的各个环形静电传感器由第一静电传感器阵列导线连接，所述第二静电传感器阵列至少 包括第21环形静电传感器、第22环形静电传感器、第23环形静电传感器、第对环形静 电传感器、第25环形静电传感器，第二静电传感器阵列中的各个环形静电传感器由第二 静电传感器阵列导线连接，第21环形静电传感器设在第11环形静电传感器与第12环形 静电传感器之间且第21环形静电传感器至第11环形静电传感器之间的轴向距离等于第21 环形静电传感器至第12环形静电传感器之间的轴向距离，第22环形静电传感器设在第12 环形静电传感器与第13环形静电传感器之间且第22环形静电传感器至第12环形静电传 感器之间的轴向距离等于第22环形静电传感器至第13环形静电传感器之间的轴向距离， 第23环形静电传感器设在第13环形静电传感器与第14环形静电传感器之间且第23环形 静电传感器至第13环形静电传感器之间的轴向距离等于第23环形静电传感器至第14环 形静电传感器之间的轴向距离，第M环形静电传感器设在第14环形静电传感器与第15 环形静电传感器之间且第M环形静电传感器至第14环形静电传感器之间的轴向距离等于 第M环形静电传感器至第15环形静电传感器之间的轴向距离，第25环形静电传感器与 第15环形静电传感器之间的距离为第一静电传感器阵列中相邻的环形静电传感器之间的 轴向间距ρ的二分之一。[0007]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点[0008]1)相比于单环静电感应空间滤波器，本实用新型利用双静电传感器阵列结合差 分放大电路，提高了静电感应空间滤波器的选择性，降低了速度信号中心频率测量的不 确定性。[0009]2)由于两个线性静电传感器阵列的位置相差电极间距的一半，带电颗粒经过两个 线性静电传感器阵列时，产生相位差为η的两个输出信号，两信号差分消除了单个静电传 感器阵列输出信号中直流成分导致中心频率偏斜问题，提高了颗粒速度测量的准确性。[0010]3)线性静电传感器阵列在结构上对流体的流动状况无影响，属于非接触式测量 方法，具有结构简单，信号处理方便，价格低廉灯等特点，适合于恶劣的工业气力输送 和气固两相流系统中应用。
[0011]图1是线性静电传感器阵列颗粒速度测量装置的示意图，其中，1-测量探头； 2-前置电荷差分放大电路；3-数据采集卡；4-计算机。[0012]图2是本实用新型线性静电传感器阵列探头结构简图，其中，5-第一静电传感 器阵列；6-第二静电传感器阵列；7-第二静电传感器阵列导线；8-第一静电传感器阵 列导线；9-金属屏蔽罩；10-绝缘测量管道。[0013]图3是线性静电传感器阵列前置电荷差分放大电路图，其中，11-第一输入端； 12-第二输入端；13-输出端。[0014]图4是单环静电传感器输出信号的功率谱。[0015]图5是线性静电传感器阵列输出信号的功率谱。
具体实施方式
[0016]一种颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置，包括测量探头1、前置电荷差分放大电路2、数据采集卡3及计算机4，前置电荷差分放大电路2的输出端与数据采 集卡3输入端连接，数据采集卡3的输出端与计算机4的输入端连接并由计算机4对数据 采集卡的输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得气固两相流颗 粒平均速度，所述测量探头1包括绝缘测量管道10，在绝缘测量管道10上设有的第一 静电传感器阵列5及第二静电传感器阵列6，在绝缘测量管道10、第一静电传感器阵列5 及第二静电传感器阵列6外部设有金属屏蔽罩9。所述第一静电传感器阵列5至少包括第11环形静电传感器、第12环形静电传感 器、第13环形静电传感器、第14环形静电传感器、第15环形静电传感器，并且第一静 电传感器阵列5中相邻的环形静电传感器之间的轴向间距ρ相等，第一静电传感器阵列5 中的各个环形静电传感器由第一静电传感器阵列导线8连接，所述第二静电传感器阵列6 至少包括第21环形静电传感器、第22环形静电传感器、第23环形静电传感器、第24环 形静电传感器、第25环形静电传感器，第二静电传感器阵列6中的各个环形静电传感器 由第二静电传感器阵列导线7连接，第21环形静电传感器设在第11环形静电传感器与第 12环形静电传感器之间且第21环形静电传感器至第11环形静电传感器之间的轴向距离等 于第21环形静电传感器至第12环形静电传感器之间的轴向距离，第22环形静电传感器 设在第12环形静电传感器与第13环形静电传感器之间且第22环形静电传感器至第12环 形静电传感器之间的轴向距离等于第22环形静电传感器至第13环形静电传感器之间的轴 向距离，第23环形静电传感器设在第13环形静电传感器与第14环形静电传感器之间且 第23环形静电传感器至第13环形静电传感器之间的轴向距离等于第23环形静电传感器 至第14环形静电传感器之间的轴向距离，第24环形静电传感器设在第14环形静电传感 器与第15环形静电传感器之间且第24环形静电传感器至第14环形静电传感器之间的轴 向距离等于第24环形静电传感器至第15环形静电传感器之间的轴向距离，第25环形静 电传感器与第15环形静电传感器之间的距离为第一静电传感器阵列5中相邻的环形静电 传感器之间的轴向间距ρ的二分之一。本实用新型是基于气固两相管流颗粒速度的线性静电传感器阵列测量方法来设 计的测量装置1)两组具有相同结构和尺度的环状静电传感器阵列安装在绝缘管道外壁上，产 生两组反映气固两相流流动信息的静电感应信号，两组信号分别接入前置电荷差分放大 电路两端进行差分放大后，由数据采集电路送入计算机。2)对采集到的差分静电信号e (η)进行傅立叶变换处理得到En (k)，然后再取其 幅值的平方，并除以静电信号离散数据点数长度N，作为序列e(η)的功率谱P(k)的估 计，则:
权利要求1. 一种颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置，包括测量探头(1)、前置电荷差 分放大电路(2)、数据采集卡(3)及计算机(4)，前置电荷差分放大电路(2)的输出端与 数据采集卡(3)输入端连接，数据采集卡(3)的输出端与计算机(4)相连接并由计算机 (4)对数据采集卡(3)的输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得 气固两相流颗粒平均速度，其特征在于，所述测量探头(1)包括绝缘测量管道(10)， 在绝缘测量管道(10)上设有第一静电传感器阵列(5)及第二静电传感器阵列(6)，在绝缘 测量管道(10)、第一静电传感器阵列(5)及第二静电传感器阵列(6)的外部设有金属屏 蔽罩(9)，所述第一静电传感器阵列(5)至少包括第11环形静电传感器、第12环形静电 传感器、第13环形静电传感器、第14环形静电传感器、第15环形静电传感器，并且第 一静电传感器阵列(5)中相邻的环形静电传感器之间的轴向间距ρ相等，第一静电传感器 阵列(5)中的各个环形静电传感器由第一静电传感器阵列导线(8)连接，所述第二静电传 感器阵列(6)至少包括第21环形静电传感器、第22环形静电传感器、第23环形静电传 感器、第24环形静电传感器、第25环形静电传感器，第二静电传感器阵列(6)中的各个 环形静电传感器由第二静电传感器阵列导线(7)连接，第21环形静电传感器设在第11环 形静电传感器与第12环形静电传感器之间且第21环形静电传感器至第11环形静电传感 器之间的轴向距离等于第21环形静电传感器至第12环形静电传感器之间的轴向距离，第 22环形静电传感器设在第12环形静电传感器与第13环形静电传感器之间且第22环形静 电传感器至第12环形静电传感器之间的轴向距离等于第22环形静电传感器至第13环形 静电传感器之间的轴向距离，第23环形静电传感器设在第13环形静电传感器与第14环 形静电传感器之间且第23环形静电传感器至第13环形静电传感器之间的轴向距离等于第 23环形静电传感器至第14环形静电传感器之间的轴向距离，第24环形静电传感器设在 第14环形静电传感器与第15环形静电传感器之间且第24环形静电传感器至第14环形静 电传感器之间的轴向距离等于第24环形静电传感器至第15环形静电传感器之间的轴向距 离，第25环形静电传感器与第15环形静电传感器之间的距离为第一静电传感器阵列(5) 中相邻的环形静电传感器之间的轴向间距ρ的二分之一。
专利摘要一种气固两相流颗粒速度的线性静电传感器阵列测量装置，包括测量探头、前置电荷差分放大电路、数据采集卡及计算机，前置电荷差分放大电路的输入端分别与测量探头内的第一静电传感器阵列及第二静电传感器阵列，前置电荷差分放大电路的输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡的输出端与计算机相连接并由计算机对数据采集卡的输出信号进行频谱分析并确定频谱上的峰值频率，进而计算获得气固两相流颗粒平均速度。测量探头包括绝缘测量管道，在绝缘测量管道上设有第一静电传感器阵列及第二静电传感器阵列，在绝缘测量管道、第一静电传感器阵列及第二静电传感器阵列的外部设有金属屏蔽罩。
文档编号G01P5/08GK201804020SQ20102020690
公开日2011年4月20日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者付飞飞, 李健, 王式民, 许传龙, 高鹤明 申请人:东南大学